近年来，随着我国装备制造业品质的稳步提升，国产高速铁路通信信号装备，作为重装制造业的代表之一，其设计水平、制造水平也在不断创新中优化改进。信号装备的工业设计水平直接影响了用户对于国产装备的认知，产品工业设计标准化是保证装备可靠性、美观性、可操作性、可维护性的重要一环。机柜产品的工业设计标准化，就是要对信号装备进行整体工业设计及品质进行工业化改造，使其在可用性、可维护性、可操作性性、生产装配效率等方面全面提升。
⦁ 布局标准化
布局标准化，就是将实现机柜内设备位置及结构件装配位置最优化，要兼具美观性和功能性。具体标准有设备功能布局合理性，线缆布置及产品装配布局合理性，设备维护布局合理性，产品整体美观性。
图1中心产品设备布局
通过对柜铭牌和标识标准化，既包括了铭牌的结构，铭牌卡孔方式，铭牌厚度，刻蚀深度等的设计，也包括了标牌丝印格式、字体、丝印工艺等要求。以中心设备为例，顶部铭牌板采用4U结构，右上方为产品logo，左下方为产品名称和型号介绍，因顶部机柜铭牌后期不需拆装维护，因此背面采用了背铆设计，美观度和辨识度都很明显。设备的标牌板中部采用了刻蚀工艺，提升整机外观。前部凸式理线槽设计，专用于CPCI插接板卡的布线需求，规范了外露线缆路径。如上图1所示。设备单元布局标准化和人机接口单元布局标准化，使得设备更易操作维护，人机操作界面一致性好，符合人体工学设计要求。以中心设备为例，在整机23U位置布置一体化KVM，高度符合操作习惯，可以长期进行维护操作。通过系列设计，有效提升了产品辨识度，提升了产品可操作性和可维护性。
⦁ 机柜工艺标准化
地面信号机柜由柜体框架、前后门、汇流条、侧盖板、顶盖、底座、过线板等部分组成，如下图2所示，同时根据实际情况，机柜内部可增加竖梁、竖支撑、横支撑、竖线槽和横线槽配置。其中，竖梁成对安装，可用于安装19"插箱或者其他设备（安装“L”型托架或者设备托盘），印有“U”刻度标识。机柜的标准化要求是所有组成结构的标准化，各结构模块要满足柜体尺寸的通用性要求，要满足结构强度要求，要满足整备重量的要求，也要满足设备安装需求。
图2 中心机柜框体结构
机柜框体材料、规格和表面处理对于设备满足结构强度、满足应用环境要求具有重要意义。其中，内部与框架接触区喷涂保护措施，是保证设备与机柜导电性的重要手段。对滤波器与柜体接触面的喷涂保护，增加了滤波器接地区域面积，提升对电源端口的杂波干扰和串扰的能力，是整机EMC防护设计的重要一环。通过结构仿真实验和型式试验结果，优选取出以下材料指标和表面处理工艺，如表1所列。
表1机柜工艺要求
组件名称 材料 表面处理
⦁ 机柜框架 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ⦁ 喷漆
⦁ 横支撑 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁
⦁ 竖支撑 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁
⦁ 横线槽 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁
⦁ 竖线槽 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁
⦁ 凸式理线槽 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ⦁ 喷漆
⦁ 平面理线槽 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ⦁ 喷漆
⦁ 补空板 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ⦁ 喷漆或不喷漆
⦁ 前门 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁ 外部喷漆，内部与框架接触区域不喷漆
⦁ 网孔板 ⦁ 钢板，厚度1.5mm ⦁ 喷漆
⦁ 装饰条 ⦁ 铝型材 ⦁ 氧化
⦁ 后门 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁ 外部喷漆，内部与框架接触区域不喷漆
⦁ 侧盖板 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁ 外部喷漆，内部与框架接触区域不喷漆
⦁ 顶盖 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁ 外部喷漆，内部与框架接触区域不喷漆
⦁ 底座 ⦁ 镀锌或镀铝锌钢板，厚度1.5mm ~ 2.0mm ⦁ 外部喷漆，内部与框架接触区域不喷漆
通过模块化设计，各个结构可提前备料，根据机柜类型不同选用合适的结构件，使得生产效率大幅提升。由于各模块结构强度等满足型式试验的要求，组装完成的机柜通常也能满足型式试验要求和环境使用要求，提升了试验通过率。机柜工艺标准化设计，提升柜体结构强度同时降低了整机重量，提升产品美观度，增强机柜表面抗腐蚀能力。
⦁ 装配标准化
装配标准化是借助三维电气设计软件贯穿装备电气规划、工程设计和项目管理全流程，如下图3，在机柜仿真装配阶段，通过将物料选型、三维布局和仿真装配集成于统一数据库中，构建产、研一体化数据链，加速产品开发过程，提高研发效率。通过在设计阶段对线缆的长度自动精确计算，能够极大节省生产和装配时间，节约研发和生产成本，提升自主化装备附加值，实现产品降本增效。通过3D可视化仿真装配，使得装配更直观，有效避免电气化设计与生产、装配盲区，同时，对设备和线缆的灵活调整，可在短时间内确定最优方案，直观展示样机品质，显著提升产品的工艺标准。
图3 60联锁设备三维电气设计
装配标准化另一要求是将线缆的诸多标准固定下来，以实现整机出厂线缆一致性。可实现规格标准化、长度标准化、路径标准化。包含柜内网线长度以0.1米为定制阶梯，长度管控在终端到目的端实际路径长度+0.2m左右。柜间网线长度，以0.5米为定制阶梯，长度管控在终端到目的端实际路径长度+0.5m左右。网线选用CAT 6以上标准，无骨架，网线软硬度以1U空间内可弯折180°无明显硬折痕为标准，网线满足ISO/IEC 11801标准的规定，采用S/FTP的屏蔽方式，外层采用低烟无卤阻燃特性的材料，通常网线外径不超过6.0mm，颜色应满足RAL色号的要求。
通过装配仿真和线缆标准化，设备维护时间提升了30%、装配效率提升了25%，生产成本降低了42%，装配标准化后，故障查找与分析便准确、装配流程更规范、物料管理可便捷、装配效率更提高。
⦁ EMC防护标准化
1. 接地位置和地线类型标准化
地面机柜均应配置设备地汇流条和防雷地汇流条，不同类型汇流条应分开设置。设备均应具备专用的设备地接入点，同时设备接地线应就近接入设备地汇流条，防雷接地线应就近接入防雷地汇流条。应在机柜底部设置防雷地铜条和设备地铜条，设备地与防雷地的地线规格分开设置。机柜柜门与柜体之间也应进行电磁屏蔽防护。
根据防护地线接入类型和位置不同，采取以下标准接地，如下表2。
表2信号机柜标准接地类型
类型 接地线类型 截面积 备注
防雷地 黄绿线 6mm2 设备与汇流条之间
黄绿线 10mm2 汇流条之间
设备地 扁平铜编织带 6mm2 设备与汇流条之间
扁平铜编织带 10mm2 柜门与汇流条之间
1. 端子排配线标准化
⦁ 装备供电多采用端子排配线，端子排配线要求端子片根据电源规格和极性分开装配，一般的，强电与弱点端子要分开或在两者之间增加隔离片。极性不同的端子片也应分开布置，避免漏电、拉弧或配线错误导致的冲击。此外，电源进线与防护后的线缆走线路径上也应分开，试验表明，按照分开布线原则设计的端子板布置，能有效降低外部电源对设备的干扰，尤其是传导骚扰的干扰。
1. 机柜柜体防护设计标准化
⦁ 柜体采用EMC机柜设计，通过框架上安装与框架同宽的EMC导电布，封闭柜门与柜体之前的缝隙，使柜体成为一个封闭的导体，可有效降低来自外部环境的电磁辐射，减少柜内设备向外电磁发射。机柜门、侧板、顶盖板、底板与框架接触区域不喷漆，保证机柜门、侧板、顶盖板、底板和框架EMC导电布搭接可靠。实现机柜屏蔽性的完整性。此外，通过前门、后门、顶盖的7mm直径6边形孔设计，使机柜在230MHz~1000MHz频段内屏蔽性能有了较大提升。
⦁ 机柜底部过线区域设计导电泡棉，导电泡棉是一种具有导电性能的软质泡棉，可根据线缆出线位置和数量，封闭线缆与柜体之间缝隙，降低来自外部环境的电磁辐射。当然，在实际布线时应考虑线缆规整性，避免出现捆扎的现象，如果电缆数量较多，就要增加过线区域数量，总之，线缆布线路径和捆扎方式要充分降低与柜体之前的泄露缝隙。
⦁ 结束语
⦁ 铁路地面信号装备发展的主要特征应该显现在装备制造技术及装备制造工艺方面，它直接关系到产品装配规模和产品质量水平。随着我国工业化发展的深入及“一带一路”战略实施，自主品牌的高铁地面信号设备将更多的被国外用户所了解，自主创新、品牌战略已经成为中国铁路装备未来发展的主题。本文从工业设计标准化角度，对布局标准化、机柜工艺标准化、装配标准化和EMC防护标准化等几个方向做了介绍，同时介绍了信号地面装备在工业化设计过程中的要求及应用方向，希望对助推信号产品设计品质提升有所帮助。
参考文献
【1】李艳，张蓓蓓 .工业设计概论【M】.北京：化学工业出版社，2017.
【2】熊昌华.施工单位建设高速铁路电务专业精品工程的探索【J】.铁路通信信号工程技术，2020.
【3】杨玻.高速铁路信号装备工业标准化设计及工艺规范研究【J】.铁路通信信号工程技术，2020.
